(57)【要約】      （修正有）【課題】ショット雑音について低雑音化することができるイメージセンサを提供する。【解決手段】複数の光電変換素子ＰＤをアレイ状に配置したイメージセンサにおいて，光電変換素子ＰＤにより生成される電荷を蓄積する蓄積容量Ｃｉｎｔと，当該蓄積容量をリセット電位にリセットするリセットトランジスタＲＳＴと，蓄積容量の電圧を転送する第１及び第２のサンプルホールドトランジスタＳＨ１，２と，ホールドされた電圧を垂直バス線ＶＢに読み出す回路を有する。この読み出し回路は，フレーム期間において，第１のサンプルホールドトランジスタで電荷を当該蓄積容量に蓄積し，次いで，蓄積容量をリセットした後，第２のサンプルホールドトランジスタでも電荷を当該蓄積容量に蓄積する。そして，出力回路が，第１の蓄積電圧と，第２の蓄積電圧とを合成する。【選択図】図２
2006237944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光電変換素子をアレイ状に配置したイメージセンサにおいて，
前記光電変換素子により生成される電荷を蓄積する蓄積容量と，当該蓄積容量をリセット電位にリセットするリセットトランジスタと，前記蓄積容量の電圧を転送する第１及び第２のサンプルホールドトランジスタと，前記サンプルホールドトランジスタにより転送された電圧がゲートに供給される第１及び第２のソースフォロワトランジスタと，前記第１及び第２のソースフォロワトランジスタのソースを垂直バス線に出力する選択トランジスタとを備えた読み出し回路を，前記光電変換素子に対応して有し，
前記読み出し回路は，フレーム期間において，前記蓄積容量をリセットした後に電荷を当該蓄積容量に蓄積し，前記第１のサンプルホールドトランジスタにより当該蓄積容量の電圧を第１のソースフォロワトランジスタのゲートに転送する第１の積分動作と，再度，前記蓄積容量をリセットした後に電荷を当該蓄積容量に蓄積し，前記第２のサンプルホールドトランジスタにより当該蓄積容量の電圧を第２のソースフォロワトランジスタのゲートに転送する第２の積分動作とを行い，
さらに，前記第１のソースフォロワトランジスタの第１のソース電圧と，前記第２のソースフォロワトランジスタの第２のソース電圧とを合成する出力回路を有するイメージセンサ。
【請求項２】
請求項１において，
前記選択トランジスタが，前記第１及び第２のソースフォロワトランジスタに接続される第１及び第２の選択トランジスタを有し，
さらに，前記選択トランジスタの導通に応答して，前記第１及び第２のソース電圧がそれぞれ出力される第１及び第２のバス線を有し，
前記出力回路は，前記第１のバス線に出力される前記第１のソース電圧と，前記第２のバス線に出力される前記第２のソース電圧とを，所定時間ずらして入力し，合成出力を生成するイメージセンサ。
【請求項３】
請求項において，
さらに，前記選択トランジスタを選択する行選択線と，
前記第１及び第２のソース電圧が出力される第１及び第２の垂直バス線と，
前記第１及び第２の垂直バス線を順次選択する第１及び第２の垂直バス選択トランジスタとを有し，
前記出力回路は，順次選択される前記第１及び第２の垂直バス選択トランジスタを介して，前記第１及び第２のソース電圧を所定時間ずらして入力し，合成出力を生成するイメージセンサ。
【請求項４】
請求項３において，
更に，前記第１及び第２の列選択トランジスタを介して，各画素の読み出し回路に共通に設けられた第１及び第２の水平バス線と，
前記出力回路の入力端に，前記第１及び第２の水平バス線を順次接続する入力スイッチとを有するイメージセンサ。
【請求項５】
請求項３において，
さらに，前記第１及び第２の垂直バス選択トランジスタを，前記所定時間ずらして導通させる垂直バス選択回路を有し，
前記第１の垂直バス選択トランジスタを導通させた時の第１の入力信号と，前記第２の垂直バス選択トランジスタを導通させた時の第２の入力信号とが，ピーク値のほぼ半分の値で重なる程度に前記所定時間ずれて導通させられるイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，イメージセンサに関し，特に，赤外線を利用したイメージセンサで検出信号のＳ／Ｎ比を高くしたイメージセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサは，光電変換素子を二次元アレイ状に配置し，光電変換素子により入射光または入射赤外線に応じて変換された電荷を蓄積容量に蓄積し，蓄積容量の電圧を出力する読み出し回路が，各光電変換素子に設けられる。特許文献１には，ＣＭＯＳイメージセンサにおけるノイズ除去のための相関二重サンプリング回路が記載されている。
【０００３】
入射光には光子のゆらぎを伴うので，同じ輝度の画像でも積分期間が異なると検出電圧には格子のゆらぎによるショット雑音が含まれる。特に，赤外線を利用する場合，入射光量のゆらぎなどにより光電変換素子から発するショット雑音は重要な問題である。このショット雑音は，上記の特許文献１が問題としているノイズとは異なる。
【０００４】
光電変換された電荷を蓄積容量に蓄積する積分期間を十分に長くすることにより，入射光量のゆらぎの影響を低減し，ショット雑音を低減することができる。さらに，入射光量に対応する発生電荷量にもゆらぎの影響が出る。ところが，電荷量Ｑに対して蓄積容量Ｃと検出電圧Ｖとの間には，Ｑ＝ＣＶの関係がある。そして，発生電荷量Ｑのゆらぎは，電荷量Ｑの１／２乗（Ｑ1/2）に比例するので，検出電圧Ｖのゆらぎは，Ｖ＝Ｑ／Ｃの関係から蓄積容量Ｃの−１／２乗（Ｃ-1/2）に比例する。したがって，積分期間をフレームレートの最大時間まで長くする構成にした後は，蓄積容量の容量値Ｃを大きくすることがショット雑音の低減につながることになる。
【特許文献１】特開２００３−２３４９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，各画素の読み出し回路内の蓄積容量の容量値を大きくすることは，チップ面積の制約から限界がある。そこで，低雑音化のためには，各画素の読み出し回路からの出力を外部回路で積分するフレーム積算方式が提案されている。しかし，この方式では外部回路が複雑化するとともに，複数フレームで取得した検出信号を積算するので，動画の撮像には不向きである。
【０００６】
そこで，本発明の目的は，ショット雑音について低雑音化することができるイメージセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために，本発明の第１の側面によれば，複数の光電変換素子をアレイ状に配置したイメージセンサにおいて，
前記光電変換素子により生成される電荷を蓄積する蓄積容量と，当該蓄積容量をリセット電位にリセットするリセットトランジスタと，前記蓄積容量の電圧を転送する第１及び第２のサンプルホールドトランジスタと，前記サンプルホールドトランジスタにより転送された電圧がゲートに供給される第１及び第２のソースフォロワトランジスタと，前記第１及び第２のソースフォロワトランジスタのソースを垂直バス線に出力する選択トランジスタとを備えた読み出し回路を，前記光電変換素子に対応して有する。この読み出し回路は，フレーム期間において，前記蓄積容量をリセットした後に電荷を当該蓄積容量に蓄積し，前記第１のサンプルホールドトランジスタにより蓄積容量の電圧を第１のソースフォロワトランジスタのゲートに転送する第１の積分動作と，再度，前記蓄積容量をリセットした後に電荷を当該蓄積容量に蓄積し，前記第２のサンプルホールドトランジスタにより蓄積容量の電圧を第２のソースフォロワトランジスタのゲートに転送する第２の積分動作とを行う。そして，出力回路が，前記第１のソースフォロワトランジスタの第１のソース電圧と，前記第２のソースフォロワトランジスタの第２のソース電圧とを合成する。
【０００８】
上記のイメージセンサによれば，１フレーム期間において，読み出し回路が２回の積分動作を行い，それぞれの積分動作で検出した電圧を第１及び第２のソース電圧として保持する。そして，その後の画素の検出信号の出力動作では，出力回路が第１及び第２のソース電圧を合成する。上記の第１の積分期間と第２の積分期間とは相互に無関係なランダムなゆらぎを有する。したがって，第１の積分動作での第１のソース電圧のゆらぎ（雑音）と，第２の積分動作での第２のソース電圧のゆらぎ（雑音）をそれぞれ２乗した値の和が，合成出力の２乗の値に等しくなる。その結果，合成出力のゆらぎ（雑音）は，１／（２1/2）倍に減少する。したがって，読み出し回路の蓄積容量の容量値を大きくすることなく，検出信号のショット雑音を低減することができる。
【発明の効果】
【０００９】
検出信号のショット雑音を低減化して，ＳＮ比を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下，図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し，本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず，特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００１１】
図１は，一般的な赤外線イメージセンサの回路図である。イメージセンサは，フォトダイオードＰＤなどの光電変換素子が二次元アレイ状に配置されており，各光電変換素子ＰＤには，それぞれ読み出し回路が設けられている。この読み出し回路を画素ＰＸ１１で説明すると，蓄積容量Ｃｉｎｔと，蓄積容量ＣｉｎｔのノードＮ１をリセット電位ＶＲにリセットするリセットトランジスタＲＳＴと，光電変換素子ＰＤで光電変換された電荷を蓄積容量Ｃｉｎｔに伝達するトランスファーゲートトランジスタＩＮと，蓄積容量Ｃｉｎｔによる電荷蓄積により生成されるノードＮ１の電圧をソースフォロワトランジスタＳＦのゲートにサンプルホールドするサンプルホールドトランジスタＳＨと，ソースフォロワトランジスタＳＦのソース電圧を垂直バス線ＶＢ１に出力する選択トランジスタＳＬとで構成される。
【００１２】
行選択シフトレジスタ１０は，行選択線Ｒ１，Ｒ２を順次選択し，各画素の読み出し回路内のソースフォロワトランジスタＳＦのソース電圧を選択トランジスタＳＬを介してそれぞれの垂直バス線ＶＢ１，ＶＢ２に出力させる。また，バス線選択シフトレジスタ２０は，垂直バス線選択トランジスタＢＳＬ１，ＢＳＬ２を順次選択して，垂直バス線に出力された各画素のソース電圧を増幅機能を有する出力回路ＡＭＰに入力させる。
【００１３】
従来の赤外線イメージセンサでは，全画素の読み出し回路に対して，リセット信号φＲＳＴによりリセットトランジスタＲＳＴを導通させて，ノードＮ１をリセット電位ＶＲにリセットし，次に，積分信号φＩＮによりトランスファーゲートトランジスタＩＮを導通させて，フォトダイオードＰＤが生成する電荷により積分容量Ｃｉｎｔを充電または放電する。この積分期間後に生成されたノードＮ１の電圧が，その後サンプルホールドトランジスタＳＨを介して，ソースフォロワトランジスタＳＦのゲート電極にサンプルホールドされる。上記の積分動作及びサンプルホールド動作が終了すると，各画素の検出電圧を外部に出力する動作が行われる。すなわち，行選択線Ｒ１の駆動により選択トランジスタＳＬを導通させて，ソースフォロワトランジスタのソース電圧を垂直バス線ＢＶ１，ＢＶ２に出力し，それらの垂直バス線をシフトレジスタ２０により順次選択して，出力回路ＡＭＰに入力し増幅させる。
【００１４】
上記の選択トランジスタＳＬ，垂直バス線選択トランジスタＢＳＬ，出力回路ＡＭＰによる読み出し動作は，後続するフレーム期間で積分信号φＩＮによる積分動作中に行われる。
【００１５】
このように，従来の赤外線イメージセンサでは，１フレーム期間内で，光電変換素子により生成される電荷による蓄積容量Ｃｉｎｔへの充電または放電動作が行われる。よって，積分期間は最長で１フレーム期間となり，その最長積分期間のもとでさらに電荷のゆらぎによる雑音を低減させるためには，前述のとおり，蓄積容量の１／２乗に反比例して検出電圧のゆらぎ（雑音）が改善されるので，蓄積容量Ｃｉｎｔの容量値を増加させる必要がある。しかし，蓄積容量の容量値の増加には，チップ面積などの制約があり限界がある。
【００１６】
図２は，本実施の形態における赤外線イメージセンサの回路図である。図２では，２行２列の画素ＰＸ１１〜ＰＸ２２のうち，画素ＰＸ１１に光電変換素子ＰＤとその読み出し回路が示されている。画素ＰＸ１１に示されるとおり，本実施の形態のイメージセンサでは，蓄積容量Ｃｉｎｔと，リセットトランジスタＲＳＴと，積分動作時のトランスファーゲートトランジスタＩＮの構成は，図１と同じである。ただし，図１と異なり，サンプルホールドトランジスタＳＨとソースフォロワトランジスタＳＦとで構成されるサンプルホールド回路が，各画素で２系統設けられている。
【００１７】
つまり，第１のサンプルホールド回路は，ノードＮ１に接続されるサンプルホールドトランジスタＳＨ１とソースフォロワトランジスタＳＦ１とで構成され，第２のサンプルホール回路は，ノードＮ１に接続されるサンプルホールドトランジスタＳＨ２とソースフォロワトランジスタＳＦ２とで構成される。そして，第１のソースフォロワトランジスタＳＦ１のソースは選択トランジスタＳＬ１を介して第１の垂直バス線ＶＢ１１に接続され，第２のソースフォロワトランジスタＳＦ２のソースは選択トランジスタＳＬ２を介して第２の垂直バス線ＶＢ１２に接続される。
【００１８】
なお，選択トランジスタＳＬ１，ＳＬ２は，ソースフォロワトランジスタＳＦ１，ＳＦ２と電源Ｖｃｃとの間に設けられても良い。その場合は，２つの選択トランジスタＳＬ１，ＳＬ２は共通の１つの選択トランジスタとすることもできる。
【００１９】
行選択シフトレジスタ１０は，行選択線Ｒ１，Ｒ２を順次駆動して，各行の画素の選択トランジスタＳＬ１，ＳＬ２を同時に導通させて，ソースフォロワトランジスタのソース電圧を，第１及び第２の垂直バス線ＶＢ１１，ＶＢ１２，ＶＢ２１，ＶＢ２２に出力させる。また，バス線選択シフトレジスタ２０は，垂直バス選択信号φＢＳＬ１１〜φＢＳＬ２２を順次駆動させて，垂直バス選択トランジスタＢＳＬ１１〜ＢＳＬ２２を順次導通させ，垂直バス線ＶＢ１１，ＶＢ１２，ＶＢ２１，ＶＢ２２の各ソース電圧を水平バス線ＨＢ１，ＨＢ２に順次出力させる。水平バス線ＨＢ１，ＨＢ２には，電流源ＣＳ１，ＣＳ２がそれぞれ設けられ，選択トランジスタＳＬと垂直バス選択トランジスタＢＳＬが導通した時に，選択された画素のソースフォロワトランジスタＳＦと電流源とにより，初段の増幅回路が構成される。
【００２０】
さらに，水平バス線ＨＢ１，ＨＢ２は，後段の増幅回路である出力回路ＡＭＰに接続され，この出力回路は，各画素の検出信号を増幅して出力信号Ｖoutとして出力する。
【００２１】
図３は，本実施の形態における出力回路の具体例を示す回路図である。図３において，画素ＰＸ１１の回路と，垂直バス線ＶＢ１１，ＶＢ１２及び水平バス線ＨＢ１，ＨＢ２は，図２と同じである。出力回路ＡＭＰは，Ｐ型の負荷トランジスタＰ１とＮ型の駆動トランジスタＱ２とからなる反転型の増幅回路であり，トランジスタＱ２のゲートには，２つの水平バス線ＨＢ１，ＨＢ２が入力スイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して順次接続される。
【００２２】
図４は，本実施の形態における赤外線イメージセンサの動作波形図である。この図を参照しながら，イメージセンサの動作を説明する。図４には，フレームレートに対応する２つのフレーム期間ＦＭ１，ＦＭ２が示されている。概略を説明すると，まず，フレーム期間ＦＭ１の前半で，全画素にて，リセット動作ＲＴ１と，積分動作ＩＮＴ１と，第１のサンプルホールド回路によるサンプルホールド動作ＳＨ１とを行う。さらに，フレーム期間ＦＭ１の後半で，全画素にて，リセット動作ＲＴ２と，積分動作ＩＮＴ２と，第２のサンプルホールド回路によるサンプルホールド動作ＳＨ２とを行う。そして，次にフレームＦＭ２の前半で，各画素でサンプルホールドされた２つの検出電圧が出力回路ＡＭＰで合成される。
【００２３】
フレーム期間ＦＭ１の前半で，リセット信号φＲＳＴがＨレベルになりリセットトランジスタＲＳＴが導通し，蓄積容量ＣｉｎｔのノードＮ１をリセット電位ＶＲにリセットする。これがリセット動作ＲＴ１である。これによりノードＮ１は，リセット電位ＶＲに上昇する。次に，積分信号φＩＮがＨレベルになりトランスファーゲートトランジスタＩＮが導通し，光電変換素子であるフォトダイオードＰＤが生成する電荷により，蓄積容量Ｃｉｎｔが放電され，ノードＮ１の電位が低下する。これが積分動作ＩＮＴ１である。この積分動作ＩＮＴ１により，ノードＮ１の電位は入射光強度に応じた電圧ｄＶ１だけ低下する。そして，第１のサンプルホールド信号φＳＨ１がＨレベルなり第１のサンプルホールドトランジスタＳＨ１が導通し，ノードＮ１の電位（ＶＲ−ｄＶ１）が第１のソースフォロワトランジスタＳＦ１のゲートＧ１にサンプリングされる。第１のサンプルホールドトランジスタＳＨ１が非導通状態になると，そのサンプリングされた検出電圧がゲートＧ１にホールドされる。以上がサンプルホールド動作ＳＨ１である。
【００２４】
次に，フレーム期間ＦＭ１の後半で，上記と同じ動作を第２のサンプルホールド回路ＳＨ２により行う。つまり，リセットトランジスタＲＳＴを導通させてノードＮ１をリセットし（ＲＴ２），トランスファーゲートトランジスタＩＮを導通させて蓄積容量Ｃｉｎｔを放電し（ＩＮＴ２），最後に，第２のサンプルホールドトランジスタＳＨ２を導通させてノードＮ１の電位（ＶＲ−ｄＶ２）を第２のソースフォロワトランジスタＳＦ２のゲートＧ２にサンプルホールドさせる（ＳＨ２）。この結果，フレーム期間ＦＭ１における入射光に対する２つの検出電圧が，ゲートＧ１，Ｇ２にそれぞれホールドされる。
【００２５】
次に，フレーム期間ＦＭ２の前半では，フレーム期間ＦＭ１にて全画素でサンプルホールドした２つの検出電圧（ＶＲ−ｄＶ１，ＶＲ−ｄＶ２）が，垂直バス線ＶＢ，水平バス線ＨＢを介して出力回路ＡＭＰに入力され増幅され出力される。より正確には，フレーム期間ＦＭ２の第１のサンプルホールド動作ＳＨ１が始まるまでに，上記の出力動作が行われる。
【００２６】
具体的には，行選択シフトレジスタ１０が，行選択線Ｒ１を駆動して，第１及び第２の選択トランジスタＳＬ１，ＳＬ２を共に導通させ，第１及び第２のソースフォロワトランジスタＳＦ１，ＳＦ２のソースを，第１及び第２の垂直バス線ＶＢ１１〜ＶＢ２２に接続する。そして，バス線選択シフトレジスタ２０が，垂直バス選択信号φＢＳＬ１１〜φＢＳＬ２２を順次駆動して，垂直バス選択トランジスタＢＳＬ１１〜ＢＳＬ２２を順次導通させる。これにより，各列の第１及び第２の垂直バス線ＶＢ１１，ＶＢ１２は，第１及び第２の水平バス線ＨＢ１，ＨＢ２に接続される。これに同期して出力回路ＡＭＰでは，スイッチＳＷ１，ＳＷ２が順次導通し，出力回路の入力であるトランジスタＱ２のゲートには，２つの検出電圧が加算され合成される。
【００２７】
図５は，水平バス線と出力回路の入力信号及び出力信号を示す波形図である。図５には，１つの画素の２つの検出電圧が合成される様子を示している。期間ｔ１にて垂直バス選択信号φＢＳＬ１１がＨレベルになり，それとは時間的にずれた期間ｔ２にて垂直バス選択信号φＢＳＬ１２がＨレベルになる。垂直バス選択信号φＢＳＬ１１がＨレベルになると，第１のソースフォロワトランジスタＳＦ１が第１の水平バス線ＨＢ１を駆動し，第１のソース電圧が出力される。同様に，垂直バス選択信号φＢＳＬ１２がＨレベルになると，第２のソースフォロワトランジスタＳＦ２が第２の水平バス線ＨＢ２を駆動し，第２のソース電圧が出力される。
【００２８】
このソースフォロワトランジスタによる初段増幅回路の応答特性を調整して，バス線選択シフトレジスタ２０の水平走査速度よりもやや応答速度を遅くしておくと，第１及び第２の水平バス線の信号ＨＢ１，ＨＢ２の信号波形ＶＨＢ１，ＶＨＢ２は，図５に示されるようになる。つまり，垂直バス選択トランジスタＢＳＬ１１が導通すると，ソースフォロワトランジスタＳＦ１が第１の水平バス線ＨＢ１を駆動するが，応答特性が遅いので，第１の水平バス線ＨＢ１のレベルＶＨＢ１がピーク値になるタイミングで選択トランジスタＢＳＬ１１が非導通になる。その後，電流源ＣＳ１により第１の水平バス線ＨＢ１のレベルＶＨＢ１は低下する。引き続き垂直バス選択トランジスタＢＳＬ１２が導通すると，ソースフォロワトランジスタＳＦ２が第２の水平バス線ＨＢ２を駆動して，同様の波形ＶＨＢ２になる。
【００２９】
なお，出力回路ＡＭＰの入力スイッチＳＷ１，ＳＷ２は，たとえば，入力スイッチＳＷ１が期間ｔ１，ｔ２の間導通し，また，入力スイッチＳＷ２が期間ｔ２とその後の期間の間導通し，水平バス線の電圧ＶＨＢ１，ＶＨＢ２がトランジスタＱ２のゲートに伝えられるようにする。
【００３０】
両水平バス線の信号波形ＶＨＢ１，ＶＨＢ２は，ピーク値がずれてそれぞれのピーク値ＰＥＡＫの半波値ＰＥＡＫ／２で重なるように調整されている。その結果，両信号を合成した合成信号ＳＶは，Ａ点で両信号ＶＨＢ１，ＶＨＢ２のピーク値ＰＥＡＫと同等になる。なお，フレーム期間ＦＭ１は短い期間であるので，その前半と後半とでは同等の光強度の赤外線が入射しているものと仮定している。この合成された信号ＳＶが，出力回路ＡＭＰのトランジスタＱ１のゲートに入力されると，出力電圧Ｖｏｕｔは，図５に示されるとおり，電源ＶｃｃレベルからｄＶだけ低下したピーク値を有する信号波形になる。このピークでの低下電圧ｄＶが入射光強度に対応した検出信号である。
【００３１】
そこで，検出電圧のゆらぎ（雑音）について説明する。本実施の形態では，１つのフレーム期間で２回の積分動作を行い，２つの検出電圧ｄＶ１，ｄＶ２を取得する。この２回の積分動作は，相互に無関係なランダムなゆらぎを有する。さらに，この２つの検出電圧ｄＶ１，ｄＶ２は，それぞれ２つの水平バス信号ＶＨＢ１，ＶＨＢ２として出力される。
【００３２】
そして，Ａ点においては，合成信号ＳＶのピーク値ＳＶｐは，２つの検出電圧ｄＶ１，ｄＶ２に対応する水平バス信号ＶＨＢ１，ＶＨＢ２のピーク値Ｖｐの半分（Ｖｐ／２）の和と等しい。つまり，ＳＶｐ＝Ｖｐ／２＋Ｖｐ／２となる。そこで，前述のとおり各ピーク値が等しい（ＶＨＢ１のＶｐ＝ＶＨＢ２のＶｐ）とすると，合成信号ＳＶのピーク値は２つの検出信号ＶＨＢ１，ＶＨＢ２のピーク値と同じになる。
【００３３】
そこで，合成電圧ＳＶのゆらぎ（ノイズｎ）ＳＶｎと，２つの検出電圧ＶＨＢ１，ＶＨＢ２のゆらぎＶＨＢ１ｎ，ＶＨＢ２ｎとの関係は，以下のとおりである。Ａ点における２つの検出電圧ＶＨＢ１，ＶＨＢ２のゆらぎは，本来のゆらぎＶＨＢ１ｎ，ＶＨＢ２ｎの１／２である。そして，この２つの検出電圧ＶＨＢ１，ＶＨＢ２は相互に無関係なランダムなゆらぎを有するので，それぞれのゆらぎが平均化されて，次の関係を有する。
【００３４】
（ＳＶｎ）2＝（ＶＨＢ１ｎ／２）2＋（ＶＨＢ２ｎ／２）2
上記の関係から合成電圧のゆらぎＳＶｎは，次のとおりである。
【００３５】
ＳＶｎ  ＝｛（ＶＨＢ１ｎ／２）2＋（ＶＨＢ２ｎ／２）2｝1/2
そこで，ＶＨＢ１ｎ＝ＶＨＢ２ｎ＝ＶＨＢｎとすると，合成電圧のゆらぎＳＶｎは，
ＳＶｎ＝ＶＨＢｎ／２1/2
になり，２つの検出電圧を合成して得られた合成電圧ＳＶのゆらぎは，２つの検出電圧のゆらぎＶＨＢｎの１／２1/2倍となる。これは，検出電圧のゆらぎが蓄積容量Ｃｉｎｔの１／２乗に反比例することからみると，蓄積容量Ｃｉｎｔを２倍にした場合の雑音と同等である。
【００３６】
以上のように，各画素の読み出し回路内で２回の積分動作を行い，それぞれ検出した信号を合成することで，蓄積容量の容量値を増やすことなく検出信号のゆらぎ（雑音）を低減することができる。
【００３７】
なお，図５では，２つの検出電圧ＶＨＢ１，ＶＨＢ２の重なりを，１／２ピーク値で一致するようにしているが，必ずしもそのようなタイミングにする必要はなく，２つの水平バス信号ＶＨＢ１，ＶＨＢ２が何らかの処理で加算されるように合成されれば良い。たとえば，それぞれの検出電圧ＶＨＢ１，ＶＨＢ２のピーク値を加算するようにしてもよい。
【００３８】
図３にて，第１及び第２の垂直バス線ＶＢ１１，ＶＢ１２を第１及び第２の水平バス線ＨＢ１，ＨＢ２を介して出力回路ＡＭＰに接続した。この理由は，１つの共通水平バス線で構成すると，後続する画素ＰＸ１２における第１の垂直バス線ＶＢ２１の信号に画素ＰＸ２１における第２の垂直バス線ＶＢ１２の信号が重なってクロストークの問題が発生するからである。複数の画素に共通に設けられる水平バス線を２本に分離することで，かかるクロストークの問題を回避することができる。ただし，バス線選択シフトレジスタの水平走査速度が遅い場合は，垂直バス線を１本で共通化することもできる。
【００３９】
図４にもどり，フレームＦＭ２での読み出し動作は，前半の積分動作ＩＮＴ２の間に行われなければならない。つまり，２分の１フレーム期間で行選択線の走査を完了する必要がある。この読み出し動作が完了した後に，全画素において，第１のサンプルホールド動作ＳＨ１が行われる。
【００４０】
以上の実施の形態をまとめると，次の付記のとおりである。
【００４１】
（付記１）複数の光電変換素子をアレイ状に配置したイメージセンサにおいて，
前記光電変換素子により生成される電荷を蓄積する蓄積容量と，当該蓄積容量をリセット電位にリセットするリセットトランジスタと，前記蓄積容量の電圧を転送する第１及び第２のサンプルホールドトランジスタと，前記サンプルホールドトランジスタにより転送された電圧がゲートに供給される第１及び第２のソースフォロワトランジスタと，前記第１及び第２のソースフォロワトランジスタのソースを垂直バス線に出力する選択トランジスタとを備えた読み出し回路を，前記光電変換素子に対応して有し，
前記読み出し回路は，フレーム期間において，前記蓄積容量をリセットした後に電荷を当該蓄積容量に蓄積し，前記第１のサンプルホールドトランジスタにより当該蓄積容量の電圧を第１のソースフォロワトランジスタのゲートに転送する第１の積分動作と，再度，前記蓄積容量をリセットした後に電荷を当該蓄積容量に蓄積し，前記第２のサンプルホールドトランジスタにより当該蓄積容量の電圧を第２のソースフォロワトランジスタのゲートに転送する第２の積分動作とを行い，
さらに，前記第１のソースフォロワトランジスタの第１のソース電圧と，前記第２のソースフォロワトランジスタの第２のソース電圧とを合成する出力回路を有するイメージセンサ。
【００４２】
（付記２）付記１において，
前記選択トランジスタが，前記第１及び第２のソースフォロワトランジスタに接続される第１及び第２の選択トランジスタを有し，
さらに，前記選択トランジスタの導通に応答して，前記第１及び第２のソース電圧がそれぞれ出力される第１及び第２のバス線を有し，
前記出力回路は，前記第１のバス線に出力される前記第１のソース電圧と，前記第２のバス線に出力される前記第２のソース電圧とを，所定時間ずらして入力し，合成出力を生成するイメージセンサ。
【００４３】
（付記３）付記１において，
さらに，前記選択トランジスタを選択する行選択線と，
前記第１及び第２のソース電圧が出力される第１及び第２の垂直バス線と，
前記第１及び第２の垂直バス線を順次選択する第１及び第２の垂直バス選択トランジスタとを有し，
前記出力回路は，順次選択される前記第１及び第２の垂直バス選択トランジスタを介して，前記第１及び第２のソース電圧を所定時間ずらして入力し，合成出力を生成するイメージセンサ。
【００４４】
（付記４）付記３において，
更に，前記第１及び第２の列選択トランジスタを介して，各画素の読み出し回路に共通に設けられた第１及び第２の水平バス線と，
前記出力回路の入力端に，前記第１及び第２の水平バス線を順次接続する入力スイッチとを有するイメージセンサ。
【００４５】
（付記５）付記３において，
さらに，前記第１及び第２の垂直バス選択トランジスタを，前記所定時間ずらして導通させる垂直バス選択回路を有し，
前記第１の垂直バス選択トランジスタを導通させた時の第１の入力信号と，前記第２の垂直バス選択トランジスタを導通させた時の第２の入力信号とが，ピーク値のほぼ半分の値で重なる程度に前記所定時間ずれて導通させられるイメージセンサ。
【００４６】
（付記６）付記１において，
前記読み出し回路は，前記光電変換素子と蓄積容量との間に設けられた転送ゲートトランジスタを有するイメージセンサ。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】一般的な赤外線イメージセンサの回路図である。
【図２】本実施の形態における赤外線イメージセンサの回路図である。
【図３】本実施の形態における出力回路の具体例を示す回路図である。
【図４】本実施の形態における赤外線イメージセンサの動作波形図である。
【図５】水平バス線と出力回路の入力信号及び出力信号を示す波形図である。
【符号の説明】
【００４８】
ＰＸ１１，ＰＸ１２，ＰＸ２１，ＰＸ２２：画素
ＰＤ：光電変換素子            Ｃｉｎｔ：蓄積容量
ＳＨ１，ＳＨ２：サンプルホールドトランジスタ
ＳＦ１，ＳＦ２：ソースフォロワトランジスタ
ＳＬ１，ＬＳ２：選択トランジスタ
ＶＢ１１，ＶＢ１２，ＶＢ２１，ＶＢ２２：垂直バス線
ＨＢ１，ＨＢ２：水平バス線
ＡＭＰ：出力回路
【図１】
2006237944.tif 000003
【図２】
2006237944.tif 000004
【図３】
2006237944.tif 000005
【図４】
2006237944.tif 000006
【図５】
2006237944.tif 000007